WO2000009959A1

WO2000009959A1 - Heizkessel

Info

Publication number: WO2000009959A1
Application number: PCT/EP1999/006020
Authority: WO
Inventors: Norbert Harlander
Original assignee: Norbert Harlander
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1999-08-17
Publication date: 2000-02-24
Also published as: AU5736199A; DE19837159A1; DE19981560D2

Abstract

Es wird ein Heizkessel mit einem Brenner und einer dem Brennerbereich zugeordneten Strahlungszone sowie einer sich daran nach unten anschließenden Konvektionszone beschrieben, wobei im Bereich des Übergangs von der Strahlungszone zur Konvektionszone eine Verengung des Strömungsquerschnitts vorgesehen ist.

Description

Heizkessel

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit einer vorzugsweise als Sturzbrennkammer ausgebildeten Brennkammer, die von einem einen Wärmeträger führenden von einer Kesselinnenwand und einer Kesselaußenwand begrenzten, der Strahlungszone zugeordneten Mantelraum umgeben ist, einen Kammerboden aufweist und über eine Abgasleitung sowie über Ab- gasrohre mit einem Kamin verbindbar ist.

Derartige Heizkessel und insbesondere auch Heizkessel mit Sturzbrenner sind bekannt und in Benutzung, so daß es diesbezüglich keines besonderen druckschriftlichen Hinweises bedarf. Das Grundprinzip derartiger Heizkessel besteht darin, daß sich an die Sturzbrennkammer nach unten orientierte Heizgaszüge anschließen, die in einer Abgassammeikammer enden. Die bekannten Konstruktionen sind aufwendig und teuer, um auf die gewünschten Ergebnisse hinsichtlich einer möglichst guten Brennstoffausnutzung zu kommen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß Brennstoffe mit gutem Wirkungsgrad bei einfacher Konstruktion des Kessels genutzt werden können.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Mantelraum unter dem Brennkammerboden mit an der Kesselinnenwand vorgesehenen Kühlrippen, die in Strömungsrichtung der Abgase geneigte Schlitze aufweisen, eine Konvektionszone bildet, in der die durch die Kühlrippen aufgenommene Wärme über mit der Kesselinnenwand fest verbundene Führungsrippen an den Wärmeträger weitergegeben wird.

Nach der Erfindung ausgebildete Heizkessel können sowohl als Niedertemperaturheizkessel als auch als Heizkessel mit Kondensatsammlung und ggf. Kondensatableitung ausgestaltet sein. Im Falle eines Niedertemperatur-Heizkessels wird die Ausgestaltung und Dimensionierung so gewählt, daß die sich auf ihrem Weg zum Abgaskamin abkühlenden Heizgase den Taupunkt nicht unterschreiten. Wird die Ausgestaltung so getroffen, daß die Abgase unter dem Taupunkt abgekühlt werden, dann wird der Heizkessel mit einer entsprechenden Abgasleitung bzw. Auffangwanne ausgestattet.

Der Boden der Brennkammer, insbesondere Sturzbrennkammer, ist im wesentlichen flach ausgeführt und ist mit isolierenden Stoffen belegt. Der Brennkammerboden trägt eine Blechform, die erzwingt, daß die warmen Abgase nahe den Kühlrippen geleitet werden. Gleichzeitig trennt der Boden der Sturzbrennkammer die warme Strahlungszone des Heizkessels vom Konvektionsteil des Heizkessels.

Durch eine Einengung des Strömungsquerschnittes am Rand des Brennkammerbodens, d.h. beim Übergang von der Strahlungszone des Heizkessels zur Konvektionszone des Heizkessels, entsteht eine intensive Verwir- belung der Heizgase. Dies bewirkt einen guten Wärmeübergang zu den mit Kühlrippen versehenen Innenwänden des Heizkessels. Die von den Kühlrippen aufgenommene Wärme wird durch die Innenwände des Heizkessels und den daran fest angebrachten Führungsrippen großflächig an den Wärmeträger abgegeben. Die Heizgase werden dabei abgekühlt, und je nach Auslegung des Kessels können die Heizgase den Heizkessel mit einer über dem Taupunkt gelegenen Temperatur verlassen oder als unter den Taupunkt abgekühlte Abgase, wobei in diesem Falle die Abgasleitung als Kondensat-Auffangwanne ausgebildet ist.

Direkt anschließend an den Heizkessel befindet sich die mit einer gasdichten Flanschverbindung zum Heizkessel versehene Abgasleitung mit Putzöffnung. Über diese Abgasleitung und die als Rohrleitung ausgebildete Zuleitung zum Kamin werden die Abgase in einer gasdichten Leitung zum Kamin geleitet. Wird der Heizkessel nicht als Niedertemperaturkessel ohne Kondensatausfall, sondern als Kessel mit unter den Taupunkt abgekühlten Abgasen betrieben, dann wird die anfallende Kondensatflüssigkeit in den Kondensatbehälter geleitet und von da aus einer Verwertung oder Entsorgung zugeführt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform des

Heizkessels.

Nach Fig. 1 umfaßt der dargestellte Heizkessel einen Brennerflansch 1 , eine Sturzbrennkammer 2 mit der Brennkammer-Innenwand 3 und der Kesselaußenwand 1 1 zur Aufnahme des Wärmeträgers 4, den Sturzbrennkammerboden 5 mit den Überströmöffnungen 6 am Rand des Brennkammerboden 5, den Kühlrippen 7 mit in Strömungsrichtung der Abgase geneigten Schlitzen, den Führungsrippen 8 für den Wärmeträger 4, die Wärmeträger-Zuleitung 9 und die Wärmeträger- Ausleitung 10. Unter dem Heizkessel ist die Abgasleitung 12 mit einer Putzöffnung 13 angeordnet. Der Raum unter der Abgasleitung 12 ist für die optimale Aufnahme eines Kondensatbehälters 14 vorgesehen. Die Abgase werden in einer gasdichten Abgasleitung 12 und den gasdicht verbundenen Abgas- rohren 15 zum Kamin geleitet.

Der Abstand zwischen dem Brennkammerboden 5 und den Kühlrippen 7 kann über Distanzorgane definiert vorgegeben werden. Ebenso ist es möglich, den freien Durchtrittsquerschnitt der Überströmöffnung 6 definiert vorzugeben, insbesondere durch Vorgabe des Durchmessers des Brennkammerbodens, wobei diese Vorgabe in Abhängigkeit von der gewünschten Betriebsweise des Heizkessels erfolgen kann.

Der gute Wirkungsgrad des Heizkessels ist insbesondere eine Folge davon, daß die aufgrund ihrer dichten Packung eine große Wärmetauscherfläche aufweisenden Kühlrippen 7 unmittelbar mit der Brennkammer- Innenwand 3 verbunden und vorzugsweise verschweißt sind und die Brennkammer-Innenwand auf ihrer anderen Seite mit den Führungsrippen 8 verbunden, insbesondere durch Schweißung verbunden ist, so daß optimale Wärmeübertragungseigenschaften erhalten werden. Da die Führungsrippen 8 einen wendeiförmigen Verlauf besitzen und der Strömungsquerschnitt nach oben hin größer wird, kann die bestmögliche Aufheizung des Wärme trägers 4 erreicht werden.

Zwischen den Führungsrippen 8 können weitere Wärmeübertragungsrippen vorgesehen sein, die in den Strömungskanal ragen, sich aber nicht bis zur Kesselaußenwand 11 erstrecken. Durch Dimensionierung und/ oder Formgebung des Spaltes bzw. der Verengung 6 kann eine gezielte Verwirbelung der Heizgase auf ihrem Weg zur Abgasleitung erreicht werden. Dies fördert die Wärmeübertragung auf die Rippen 7 und trägt damit zur Steigerung des Wirkungsgrades bei. Beispielsweise kann die Abmessung der Verengung 6 in Radialrichtung im Bereich von etwa 3 bis 10 mm liegen. Vorzugsweise beträgt dieses Maß etwa 5 mm.

Die in den Kühlrippen 7 vorgesehenen Schlitze verhindern zum einen das Auftreten von ggf. zu Abrißeffekten führenden Spannungen und stellen aufgrund ihrer Neigung zum anderen sicher, daß evtl. auftretendes Kondensat radial nach innen geleitet wird und dort am Beginn des offenen Schlitzes abtropfen kann.

Claims

Patentansprüche

1. Heizkessel mit einer Brennkammer (2), insbesondere einer Sturzbrennkammer, die von einem einen Wärmeträger (4) führenden, von einer Kesselinnenwand (3) und einer Kesselaußenwand (11) begrenzten, der Strahlungszone zugeordneten Mantelraum umgeben ist, einen Kammerboden (5) aufweist und über eine Abgasleitung

( 12) sowie über Abgasrohre ( 15) mit einem Kamin verbindbar ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mantelraum unter dem Brennkammerboden (5) mit an der Kesselinnenwand (3) vorgesehenen Kühlrippen (7), die in Strömungsrichtung der Abgase geneigte Schlitze aufweisen, eine Konvektionszone bildet, in der die durch die Kühlrippen (7) aufgenommene Wärme über mit der Kesselinnenwand (3) fest verbundene Führungsrippen (8) an den Wärme träger (4) weitergegeben wird.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Brennkammer (2) mit der die Kühlrippen (7) aufweisenden Zone über einen schmalen Ringspalt (6) in Verbindung steht, der zwischen dem Brennkammerboden (5) und der Kesselinnenwand (3) ausgebildet ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die vom Ringspalt gebildete Verengung (6) zwischen dem Kam- merboden (5) und der Kesselinnenwand (3) eine Radialerstreckung im Bereich von 5 mm aufweist.

4. Heizkessel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kammerboden (5) zumindest im wesentlichen eben und mit geringem Wärmeinhalt wärmeisoliert ausgebildet ist.

5. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Umfangsrand des Kammerbodens (5) für die Heizgase eine Strömungsabrißkante bildet.

6. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kesselinnenwand (3) im Bereich der unterhalb des Kammerbodens (5) gelegenen Konvektionszone mit den Kühlrippen (7) verschweißt ist, die sich zumindest zu einem wesentlichen Teil über den Strömungsquerschnitt der Heißgase in Radialrichtung erstrek- ken.

7. Heizkessel nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kühlrippen (7) mit in Strömungsrichtung der Abgase geneigten Schlitzen versehen sind und die Schlitzkanten eventuelles Kondensat radial nach innen in dem als Tropfkante wirkenden Rippenende leiten.

8. Heizkessel nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der gegenseitige Abstand der Kühlrippen (7) in Umfangsrich- tung im Bereich von 10 mm gelegen ist.

9. Heizkessel nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Neigung der Schlitze in den Kühlrippen (7) bezüglich der Vertikalen im Bereich von 5° bis 15° gelegen ist.

10. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß im Mantelraum sich zwischen Kesselinnenwand (3) und Kesselaußenwand (11) erstreckende Führungsrippen (8) vorgesehen sind, die vorzugsweise eine strömungsführende und wärmeübertragende Wendel mit in der Konvektionszone abnehmender Steigung bilden.

11. Heizkessel nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Führungsrippen (8) mit der Kesselinnenwand (3) wärmeleitend verbunden, insbesondere verschweißt sind.

12. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Konvektionszone so bemessen ist, daß die Heizgase das untere Ende der Konvektionszone mit einer über dem Taupunkt liegenden Temperatur als Abgase verlassen.

13. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Konvektionszone so bemessen ist, daß die Heizgase das untere Ende der Konvektionszone als unter den Taupunkt abgekühlte Abgase verlassen.

14. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Konvektionszone in eine vorzugsweise horizontal verlaufende Abgasleitung (12) mündet, die einerseits über eine gasdichte Leitung (15) mit dem Kamin verbunden und andererseits an einem Kondensatbehälter (14) angeschlossen ist.

15. Heizkessel nach Anspruch 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kondensatbehälter (14) unterhalb der Abgasleitung (12) angeordnet sein kann.